[发明专利]单晶硅板状体及其制造方法

说明书

本发明的目的在于开发一种单晶硅，其即使在高的氧浓度的单晶硅板状体中实施设备制造工序所进行的800～1100℃下的加热处理，也能抑制寿命的减少，作为太阳电池、电源设备具有高性能。一种单晶硅板状体，其特征在于，在径向中心部中，晶体中的晶格间氧浓度为25～45ppma，且取代型碳浓度为0.5ppma以下，所述单晶硅板状体为从CZ法单晶硅锭的直体部上部切取这样的板状体，就所述径向中心部而言，在透射电子显微镜的20万倍的影像中，在主体内没有观察到氧析出物，并且将该单晶硅板状体在950℃下加热60分钟后，在所述20万倍的影像中，在主体内观察到氧析出物，就该氧析出物的形状而言，在200万倍的影像中观察到多面体结构。

技术领域

本发明涉及一种单晶硅板状体，详细而言，涉及一种在设备制造的加热工艺中生长为氧析出物的析出核受到控制的单晶硅板状体、及一种使用切克劳斯基(Czochralski：以下简称为CZ)法实现的能切取该单晶硅板状体的单晶硅锭的制造方法。

背景技术

单晶硅被广泛地用作集成电路、电力控制用等的半导体设备、太阳电池的基板材料。以高生产率制造高纯度且无位错(dislocation)的大径单晶硅的晶锭的方法以CZ法为主流。

在由CZ法实现的单晶硅锭的制造中，将当作原料的固体状多晶体硅填充在石英制坩埚，加热至硅的熔点以上而进行熔融。接着，通过使硅的籽晶接触坩埚内的硅熔融液表面后，将籽晶缓慢地拉升的所谓的拉升法，使硅熔融液在籽晶的下方凝固，使其晶体生长而制造单晶硅。

对于这样进行的单晶硅锭的拉升而言，首先使籽晶接触熔融液表面后，为了消灭因热冲击而在籽晶产生的位错，一边将直径缩窄，一边将晶体拉升(颈缩(necking))。然后，一边使晶体直径扩大直至目标直径为止，一边拉升而制造肩部(扩径部)，以一定直径使晶体生长而拉升目标长度的直体部(定径部)。然后，一边使晶体直径缩小而制造尾部(缩径部)，一边将单晶锭从硅熔融液分离，向CZ装置内的上方拉升而进行冷却。通过将如此得到的单晶锭的直体部切片成目标厚度的板状体，得到了半导体装置、太阳电池用的基板(晶圆)。

在CZ法中，由于原料硅熔融液与石英坩埚内壁在高温下接触，因此石英坩埚的内壁表面会与硅熔融液反应/熔解，氧会溶入硅熔融液中。因此，在拉升了的单晶硅中也引入了10～50ppma(ASTM F121-79)左右的氧。在半导体装置、太阳电池的制造工序所进行的加热处理过程中，单晶硅中的氧过饱和，会以氧析出物在晶体中析出且形成微小缺陷。在集成电路等半导体装置的制造中，因为所形成的氧析出物作为有害金属杂质的吸杂位置(gettering site)有效地发挥作用，被称为本征吸除(intrinsic gettering)而被广泛利用。另一方面，因为氧析出物会成为少数载体的再结合中心，所以少数载体寿命(以下称为“寿命(lifetime)”)变短，成为太阳电池的转换效率下降、电力控制用电源设备的漏电不良的原因。

如上所述，由于形成氧析出物的氧源自从石英坩埚向硅熔融液的溶解，因此只要在单晶硅锭的拉升中使用石英坩埚，就无法避免相当量的氧混入到单晶中的情况。特别是对于晶锭的上部、即拉升初始生长的直体部上部而言，由于石英坩埚内的硅熔融液量多，坩埚内壁面与硅熔融液的接触面积大，因而使其在来自石英坩埚的氧的溶出量多的状态下被拉升，因此在晶体中也引入了非常高浓度的氧。

随着单晶锭的拉升持续进行，换言之，随着晶锭的直体部的生长而石英坩埚内的硅熔融液逐渐减少，因此坩埚内壁面与硅熔融液的接触面积减少，被引入单晶中的氧也减少。其结果是，单晶硅锭中的拉升(纵)方向的氧浓度分布不均匀，越靠上部所含有的氧浓度越高。具体而言，在晶锭上部的区域中，晶体中的晶格间氧浓度通常为25～45ppma，即使抑制其引入量也为25～40ppma左右。因此，越靠晶锭的上部，氧析出物的形成量越多，导致在制造太阳电池、电源设备时基板的不合格率变高。